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Alexiew, Dr.-Ing. D. | Hangen, Dipl.-Ing. H. | Elsing, Dipl.-Ing. A.

Erdfallüberbrückungssystem Eisenbahnknoten Gröbers – Zur Bemessung, Ausführungsplanung und Bauausführung

Resumo

Straßen und Eisenbahnstrecken, die Erdfälle überqueren, sind aufgrund von immer schwerer werdenden Lasten, höheren Geschwindigkeiten und anspruchsvolleren Anforderungen nicht nur bezüglich der Tragfähig-keit, sondern auch der Verformungen ein zunehmend wichtiger werdendes Problem. Die möglichen Lösungen werden von geosynthetisch bewehrten Systemen dominiert. Im Zuge des Verkehrsprojekts Deutsche Einheit Nr. 8 entstand bei der Ortschaft Gröbers ein Eisenbahnknoten u. a. mit Gleisen für den Hochgeschwindigkeitsverkehr. Der Eisenbahnknoten liegt über ehemaligem Braunkohletiefbau und ist somit tagbruch(erdfall)gefährdet. Der gefährdete Bereich weist eine Länge von ca. 800 m und eine Breite von ca. 120 m auf. Der prognostizierte größte Durchmesser eines potentiellen Erd-falles wurde mit 4,0 m vorgegeben. Zur Erdfallsicherung wurde aus mehreren Varianten eine überbrückende Erde-Verbund-Konstruktion mit einer speziell dafür entwickelten Warnanlage ausgewählt. Das Tragsystem besteht aus einem zementstabilisierten Bodenblock mit einer im Kies gebetteten Geogitterbewehrung in der Basis. Das Projekt stellt in meh-reren Aspekten (z. B. Berechnung, Bemessung, Materialien, Anforderungen an die Verlegetechnik, Beweissicherung für geosynthetische Produkte) ein Novum dar. Wegen der hohen Sicherheitsanforderungen von Hochgeschwindigkeitsstre-cken der Bahn ist nicht nur die Bruchanalyse (Grenzzustand der Tragfähigkeit, GZ1), sondern auch die Verformung auf der Oberfläche des Systems (Grenzzustand der Gebrauchsfähigkeit, GZ2) im Falle einer Erdfall-Aktivität entscheidend. Kurz, es galt eine Reihe von bemessungs- und ausführungstechnischen Problemen erstmalig zu lösen.

Conclusão

Eine komplexe geotechnische Konstruktion zur Überbrückung von Erdfällen wurde für die Deutsche Bahn in Grö-bers konzipiert, berechnet und getestet. Das tragende System besteht aus einem stabilisierten Bodenblock und hochfesten Geogittern.

Ein eindeutiges Berechnungs- und Nachweisschema wurde erstellt, das den aktuellen deutschen und europäischen Vorschriften, insbesondere bezüglich der Analyse der verschiedenen Grenzzustände (Grenzzustand der Tragfähigkeit GZ1 und Grenzzustand der Gebrauchsfähigkeit GZ2), entspricht. Alle Berechnungen wurden unter Be-rücksichtigung solcher Faktoren wie der unterschiedlichen Positionen der Belastungen und der Erdfälle, das zeitab-hängige Verhalten der geosynthetischen Bewehrung (und daher auch des gesamten Systems) usw. durchgeführt.

Ein im Markt vorhandener FEM-Code wurde erfolgreich für viele erforderliche Nachweise eingesetzt und stellte sich als unumgängliches und nützliches Werkzeug heraus. FEM-Berechnungen alleine erwiesen sich jedoch für die-ses komplexe Problem als unzureichend.

Zur Sicherstellung einer fundierten und wirklich sicheren Bemessung wurden insbesondere für die Analyse eines kritischen Nach-Bodenbruch-Verhaltens neue analytische Verfahren oder generell neue Konzepte entwickelt und eingesetzt: Analyse der kritischen Zugkraft im Geogitter und seiner Deformation nach einem partiellen Bodenge-wölbebruch im Bodenblock und Analyse derselben Situati-on unter Verwendung der Analogie zur "Bogenbrücke mit Zugglied". Für die Grenzzustände der Gebrauchsfähigkeit (GZ2) und die Definition der Verformungskennwerte des Boden-blocks und der Geogitter war die FEM-Analyse von ent-scheidender Bedeutung.

Was die Grenzzustände der Tragfähigkeit (GZ1) betrifft, so war für die Ermittlung der erforderlichen Kurz- und Langzeitbemessungsfestigkeit des Geogitters nicht die FEM-Analyse maßgebend, sondern die analytische Nach-Bodenbruch-Berechnung nach der Membrantheorie. Für die endgültige Ermittlung der erforderlichen Bemessungs-festigkeitskennwerte des zementstabilisierten Bodenblocks war die Bogenbrücke-Zugband-Analogie maßgebend. Die angewendeten Rechenverfahren (numerisch und analytisch) und deren Ergebnisse wurden vom Eisenbahnbun-desamt (EBA) akzeptiert samt der resultierenden Anforde-rungen an Bodenmaterialien und Geogitter, die dann auch Bestandteil der Ausführungsplanung, Projektspezifikatio-nen und Qualitätssicherung wurden.

Die Bauausführung erfolgte in 2001 und 2002. Weitere Informationen über das Projekt stehen in zur Verfügung.

In ein solch komplexes Problem, das hier aus Platz-gründen nur kurz beschrieben ist, waren viele Institutionen und Personen involviert. Die Autoren danken allen Beteilig-ten für die harten, aber konstruktiven Diskussionen, die letztendlich zu einem sicheren und effizienten, weltweit einmaligen Bauwerk geführt haben.